Способ получения мезапористого углеродного сорбента

(51) 61 33/44 (2009.01) 61 36/736 (2009.01) 61 36/87 (2009.01) 61 К 36/899 (2009.01) 61 39/00 (2009.01) 01 20/20 (2009.01) 01 20/283 (2009.01) 01 31/02 (2009.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ натрием, либо с раствором натриевого жидкого стекла с модулем 2,8 и плотностью 1,32,формование в блоки с многоканальной сотовой структурой растворе хлористого аммония, сушку блоков в течение 2-3 часов при температуре 100 - 120 и активацию в среде водяного пара при 800-850, с последующей деминерализацией 10 раствором соляной кислоты и депирогенизацией 5 раствором перекиси водорода. В результате реализации заявляемого способа получают мезапористый углеродный сорбент,используемый для гемосорбции, обладающий суммарным объемом пор 0,45-0,50 см 3/г и удельной поверхностью 250-400 м 3/г, с высокой степенью химической чистоты минимальным содержанием примесей высокой сорбционной емкостью по отношению к удаляемым веществам совместимостью с кровью и инертностью по отношению к форменным элементам крови отсутствием пылеобразования(72) Бийсенбаев Махмут Ахмегжанович Мансуров Зулхаир Аймухаметович Нуралиев Мамбет Айтпаевич Тулейбаева Шалпан Алиевна(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Институт проблем горения Комитета науки Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕЗАПОРИСТОГО УГЛЕРОДНОГО СОРБЕНТА(57) Изобретение относится к получению пористых углеродных сорбентов, применяемых в медицине, в том числе, в качестве гемосорбентов. Способ получения мезапористого углеродного сорбента включает получение углерода путем карбонизации материала растительного происхождения, его смешивание с 10 едким Изобретение относится к получению пористых углеродных сорбентов, применяемых в медицине, в том числе, в качестве гемосорбентов. Углеродные сорбенты являются веществами,способными удалять из крови, лимфы или плазмы,токсические и балластные вещества методом гемосорбции, который является универсальным методом, позволяющим производить элиминацию любых веществ из жидких сред организма, особенно среднемолекулярных соединений(токсинов),играющих существенную роль в заболевании человека. На стадии зарождения и развития гемосорбции известно применение активированных углей,содержащих большое количество скрытой пыли,обладающих способностью спекания в колонках. Активированные угли, характеризуются наличием большого количества минеральных веществ,зачастую являющихся токсинами, разрушают форменные элементы крови. Вышеуказанные проблемы поставили задачу поиска новых углеродных материалов для гемосорбции. Известен пористый углеродный материал,применяемый в медицине в качестве гемосорбента. Способ его получения осуществляют путем карбонизации материала растительного происхождения, в том числе рисовой шелухи, при температуре 800-1400 с применением обработки кислотой или щелочью (РФ Патент 200814726,Кл. С 01 В 31/02, опубл. 10.06.2010, бюл.16). Недостатком известного способа является невысокая степень химической чистоты получаемого адсорбента, содержание в нем примесей и присутствие эффекта пылеобразования(выделения ультрадисперсных частиц),т.к. углеродный адсорбент не отмыт и имеет рыхлую поверхность. Известен способ получения наноструктурированного углеродного материала с высокой удельной поверхностью и микропористостью, включающий карбонизацию лигноцеллюлозного материала с зольностью 8-20, в том числе, рисовую шелуху,последующую щелочную активацию в присутствии карбонатов и/или гидроксидов натрия или калия и отмывку, причем карбонизацию осуществляют при 400-800 при мольном отношении кислорода воздуха к углероду лигноцеллюлозного материала,равном 0,8-3,0, в течение 1-60 секунд в кипящем слое катализатора или инертного носителя,щелочную активацию осуществляют при 600-1000 в инертной или восстановительной атмосфере, а отмывку продукта после активации проводят раствором кислоты. Технический результат - получение наноструктурированных углеродных материалов с более высокими значениями удельной поверхности, суммарного объема пор и объема микропор (РФ Патент 2311227, Кл. В 01 31/02, опубл.27.11.2007, бюл.33). Недостатком известного способа является присутствие эффекта пылеобразования (выделения ультрадисперсных частиц),т.к. углеродный адсорбент имеет рыхлую поверхность. 2 Наиболее близким техническим решением к заявляемому, является углеродный мезапористый гемосорбент, способ получения которого включает следующие стадии получение термоокислительным пиролизом природного газа, газов переработки нефти, а также нефтяных и каменноугольных смол при температуре 1400 нанодисперсного углерода со средним диаметром частиц 64 нм, который гранулированием с применением связующего вещества образует гранулы в виде углеродного каркаса сферической формы размером 0,3-1,2 мм с плотностью 0,2-0,4 гсм 3 пиролитическое уплотнение слоя гранулированного углерода получение на поверхности частиц, образующих гранулы, при температуре 750-900 С за счет реакции разложения пропана и бутана углеродуглеродного композита с насыпной плотностью 0,95-1,05 гсм 3 активацию в среде водяного пара при 800 С франк-ционирование и гидромеханическую обработку гранул (РФ Патент 2331581, кл. В 01 В 31/08, А 61 К 33/44 А 61 Р 39/00,опубл. 28.08.2008, бюл.23). Недостатком известного технического решения является разрушение форменных элементов крови в процессах перфузии за счет соударения их с гранулами сорбента, попадание мельчайших частичек пыли, образующейся при истирании гранул, в кровь и вызывающих у больных лихорадки(Блочные углеродные изделия сотовой структуры особенности технологии получения, области применения / О.Н. Бакланова, Г.В.Плаксин,В.К.Дуплякин // Рос. Хим. Ж., 2007 г., т.11,4,с. 124). Задачей заявляемого технического решения является разработка способа получения из растительного сырья мезопористого углеродного сорбента, применяемого в качестве гемосорбента,отвечающего предъявляемым к нему требованиям высокая степень химической чистоты высокая сорбционная емкость по отношению к удаляемым веществам инертность по отношению к форменным элементам крови отсутствие пылеобразования(выделения ультрадисперсных частиц). Задача решается тем, что способ получения мезапористого углеродного сорбента включает получение углерода путем карбонизации материала растительного происхождения, его смешивание с 10 едким натрием, либо с раствором натриевого жидкого стекла с модулем 2,8 и плотностью 1,32,формование в блоки с многоканальной сотовой структурой растворе хлористого аммония, сушку блоков в течение 2 - 3 часов при температуре 100 120 и активацию в среде водяного пара при 800850, с последующей деминерализацией 10 раствором соляной кислоты и депирогенизацией 5 раствором перекиси водорода. Отличительным признаком заявляемого технического решения является то, что углерод получают путем карбонизации материала растительного происхождения, который смешивают с 10 едким натрием, либо с раствором натриевого жидкого стекла с модулем 2,8 и плотностью 1,32,затем формуют в виде блоков с многоканальной сотовой структурой в растворе хлористого аммония,сушат полученные блоки в течение 2 - 3 часов при температуре 100 - 120, деминерализуют 10 раствором соляной кислоты и депирогенизуют 5 раствором перекиси водорода. Материал растительного происхождения выбран в качестве исходного сырья в связи с его химическим составом, позволяющим получить в результате переработки углерод, обладающий физиологической совместимостью с кровью и способный поглощать токсины. Кроме того,материал растительного происхождения является экологически чистым доступным продуктом отходом переработки растениеводства в Казахстане,обладающим начальной высокой пористостью. Карбонизованный материал растительного происхождения, содержащий оксид кремния до 45, смешивают с 10 едким натрием для образования пластичной массы, пригодной для формования в блоки с многоканальной сотовой структурой. Едкий натрий взаимодействует с оксидом кремния, с образованием связующего жидкого стекла. Карбонизованный материал растительного происхождения, содержащий оксид кремния менее 10, смешивают с раствором натриевого жидкого стекла с модулем 2,8 и плотностью 1,32. Формование карбонизованного материала растительного происхождения в блоки с многоканальной сотовой структурой позволяет получить макроструктуру, обладающую низким гидродинамическим сопротивлением и высокой контактной поверхностью,таким образом,обеспечивая ламинарное протекание крови через гемосорбент, исключая разрушение форменных элементов крови в процессе перфузии. Кроме того,при гемосорбции в блоках сотовой структуры реализуется большое соотношение поверхности к объему блока, что обеспечивает наиболее полное использование сорбента. Формование материала заявляемого сорбента в растворе хлористого аммония позволяет избежать деформации блока под действием силы тяжести,отвердить и упрочить многоканальный блок за счет химического взаимодействия силикатов пластичной массы и хлорида аммония. Сушка многоканального блока в течение 2 - 3 часов при температуре 100 - 120 позволяет удалить свободную влагу и дополнительно его упрочняет. Температура и время сушки необходимы и достаточны для достижения желаемого эффекта и подобраны экспериментально. Сформированный многоканальный блок отмывают 10 раствором соляной кислоты для удаления из него вредных для организма растворимых в воде продуктов химического взаимодействия силикатов пластичной массы и хлорида аммония и его избытка, которые не только ухудшают адсорбционные и структурные свойства,получаемого мезопористого углеродного сорбента,но и могут переходить в кровь. Введение в заявляемый способ получения мезопористого углеродного сорбента операции по снижению содержания минеральных примесей деминерализации, позволяет улучшить качество гемосорбента. Депирогенезация перекисью водорода позволяет получить совместимость материала сорбента с кровью за счет окисления активных функциональных групп на поверхности пор сорбента и перевода их в физиологически безопасные гидроксильные группы. В результате реализации заявляемого способа получают мезапористый углеродный сорбент,используемый для гемосорбции, обладающий суммарным объемом пор 0,45-0,50 см 3/г и удельной поверхностью 250-400 м 3/г, с высокой степенью химической чистоты минимальным содержанием примесей высокой сорбционной емкостью по отношению к удаляемым веществам совместимостью с кровью и инертностью по отношению к форменным элементам крови отсутствием пылеобразования(выделением ультрадисперсных частиц). Пример выполнения способа получения мезапористого сорбента. Карбонизованный материала растительного происхождения смешивают с 10 едким натрием, либо с раствором натриевого жидкого стекла с модулем 2,8 и плотностью 1,32,формуют в блоки с многоканальной сотовой структурой растворе хлористого аммония, сушат блоки в течение 2 - 3 часов при температуре 100 - 120 и активируют в среде водяного пара при 800-850 С, с последующей деминерализацией 10 раствором соляной кислоты и депирогенизацией 5 раствором перекиси водорода. Пример 1. 1000 грамм рисовой шелухи карбонизуют в инертной атмосфере при 600 в течении 3-х часов. Карбонизат измельчают до размера частиц менее 100 мкм и смешивают с 38 мл 10 раствора едкого натрия. Смесь выдерживают при комнатной температуре в течении 3-х суток. Полученную массу обрабатывают в вакуумной мялке в течение 25 минут и экструдируют через фильеру в раствор хлористого аммония 20 концентрации, со скоростью экструзии 1 мм в минуту. Сформированный блок сушат при 120 течение 3 часов. Затем блок активируют при 850 в течение 1 часа в атмосфере водяного пара. Полученный блок сотовой структуры обрабатывают 10 раствором соляной кислоты в течение часа. Затем блок обрабатывают 5 раствором перекиси водорода в течение часа и промывают горячей (до 80) дистиллированной водой до достиженияпромывных вод 7. Готовый блок хранят в физиологическом растворе без доступа воздуха. Пример 2. 1500 грамм скорлупы абрикосовых косточек карбонизуют при 800 в течение 3-х часов. Карбонизат измельчают до размера частиц менее 100 мкм и смешивают с 40 мл раствора натриевого жидкого стекла с модулем 2,8 и плотностью 1,32. Смесь выдерживают при комнатной температуре в течение 1 часа. Полученную массу обрабатывают в 3 вакуумной мялке в течении 25 минут и проводят экструзию через фильеру в раствор хлористого аммония 20 концентрации, со скоростью экструзии 1 мм в минуту. Сформированный блок сушат при 115 в течение 2 часов, затем активируют при 840 С, в течение 1 часа в атмосфере водяного пара. Полученный блок сотовой структуры обрабатывают 10 раствором соляной кислоты в течение часа, затем 5 раствором перекиси водорода в течение часа и промывают горячей(80 С) дистиллированной водой до достижения рН промывных вод 7. Готовый блок хранят в физиологическом растворе без доступа воздуха. Пример 3. 2000 грамм виноградной косточки карбонизуют при 800 в течение 3-х часов. Карбонизат измельчают до размера частиц менее 100 мкм и смешивают с 40 мл раствора натриевого жидкого стекла с модулем 2,8 и плотностью 1,32. Смесь выдерживают при комнатной температуре в течение 1 часа. Полученную массу обрабатывают в вакуумной мялке в течение 25 минут и проводят экструзию через фильеру в раствор хлористого аммония 20 концентрации, со скоростью экструзии 1 мм в минуту. Сформированный блок сушат при 110 в течение 2 часов, затем активируют при 800, в течение 1 часа в атмосфере водяного пара. Полученный блок сотовой структуры обрабатывают 10 раствором соляной кислоты в течение часа,затем обрабатывают 5 раствором перекиси водорода в течение часа и промывают горячей(80 С) дистиллированной водой до достиженияпромывных вод 7. Готовый блок хранят в физиологическом растворе без доступа воздуха. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения мезапористого углеродного сорбента, включающий получение углерода, его формование, активацию в среде водяного пара при 800-850, отличающийся тем, что углерод получают путем карбонизации материала растительного происхождения, который формуют в виде блоков с многоканальной сотовой структурой в растворе хлористого аммония, сушку блоков в течение 2-3 часов при температуре 100-120 с последующей деминерализацией 10 раствором соляной кислоты и диперогенизацией 5 раствором перекиси водорода при этом, перед формованием углерод смешивают с 10 едким натрием, либо с раствором натриевого жидкого стекла с модулем 2,8 и плотностью 1,32. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве растительного материала используют рисовую шелуху или скорлупу абрикосовых косточек или виноградные косточки.